基于EMF的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)研究

馮 晨 王曉懿（北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100073）

馮晨，男，畢業(yè)于北京航空航天大學(xué)，助理工程師。主要研究方向：軟件開發(fā)，參與信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)項(xiàng)目、籌建國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室和工程研究中心項(xiàng)目。曾發(fā)表《基于PCI總線的振動(dòng)控制系統(tǒng)WDM驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)》論文。

目前，國(guó)內(nèi)鐵路通信信號(hào)行業(yè)對(duì)于信號(hào)系統(tǒng)的開發(fā)大多采用傳統(tǒng)的“作坊模式”，這種模式非常不利于鐵路事業(yè)大發(fā)展的現(xiàn)狀，主要表現(xiàn)在開發(fā)人員技術(shù)溝通不暢、開發(fā)流程和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，產(chǎn)品成果很難復(fù)用等方面，因此本文首先對(duì)信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)（簡(jiǎn)稱SDP平臺(tái)）進(jìn)行介紹。

同時(shí)，SDP平臺(tái)作為一個(gè)生產(chǎn)信號(hào)系統(tǒng)軟件的集成環(huán)境，必須具備高度的可靠性和可擴(kuò)展性，從而一方面滿足信號(hào)產(chǎn)品高安全性的要求，另一方面能夠根據(jù)各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)平臺(tái)進(jìn)行定制，因此本文重點(diǎn)研究了信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)的基礎(chǔ)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方案。

1 信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)

信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)是覆蓋信號(hào)系統(tǒng)軟件全生命周期的集成開發(fā)環(huán)境。以一個(gè)安全相關(guān)的信號(hào)系統(tǒng)項(xiàng)目為例，從系統(tǒng)定義、項(xiàng)目策劃、風(fēng)險(xiǎn)分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)直到最后的系統(tǒng)確認(rèn)，SDP平臺(tái)對(duì)其是全面支撐的。

SDP平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由圖1中可以看出，SDP平臺(tái)在設(shè)計(jì)思路上是按照典型的3層框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建的，包括如下內(nèi)容。

1）表現(xiàn)層：位于系統(tǒng)的最外層（最上層），離用戶最近。用于顯示數(shù)據(jù)和接收用戶輸入的數(shù)據(jù)，只提供軟件系統(tǒng)與用戶交互的界面；

2）業(yè)務(wù)邏輯層：位于表示層和數(shù)據(jù)訪問層之間，專門負(fù)責(zé)處理用戶輸入的信息，或者是將這些信息發(fā)送給數(shù)據(jù)訪問層進(jìn)行保存，或者是通過數(shù)據(jù)訪問層從數(shù)據(jù)庫(kù)讀出這些數(shù)據(jù)，是表示層和數(shù)據(jù)訪問層之間的橋梁，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理和傳遞。

3）數(shù)據(jù)訪問層：僅實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的保存和讀取操作。數(shù)據(jù)訪問包括訪問數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、二進(jìn)制文件、文本文檔或是XML文檔。

3層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于開發(fā)人員可以只關(guān)注整個(gè)結(jié)構(gòu)中的某一層，可以很容易的用新的實(shí)現(xiàn)來替換原有層次的實(shí)現(xiàn)，可以降低層與層之間的依賴，有利于標(biāo)準(zhǔn)化，利于各層邏輯的復(fù)用，擴(kuò)展性強(qiáng)、安全性高，項(xiàng)目結(jié)構(gòu)更清楚。

同時(shí)，由圖1中還可以了解到，整個(gè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路又具備非常典型的模塊化特征，即每個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能點(diǎn)或功能集合自然形成一個(gè)子系統(tǒng)，例如組件設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、專項(xiàng)測(cè)試子系統(tǒng)等。每個(gè)子系統(tǒng)有非常明確的入口和出口，這樣的設(shè)計(jì)思路使得整個(gè)平臺(tái)具有良好的可讀性，軟件開發(fā)者只需關(guān)心自己所從事的子系統(tǒng)。

所以SDP平臺(tái)的總體結(jié)構(gòu)無論從橫向還是從縱向都滿足模塊化的設(shè)計(jì)思路，保證了整個(gè)軟件架構(gòu)的優(yōu)良特性。

2 平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)建模設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

SDP平臺(tái)的底層架構(gòu)是基于EM F模型驅(qū)動(dòng)開發(fā)的一個(gè)典型實(shí)現(xiàn)， EMF將模型和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)分割開來，同時(shí)提供了基礎(chǔ)代碼自動(dòng)生成的功能，大大減輕了程序員的重復(fù)操作，避免了潛在的人為錯(cuò)誤，此外，EM F提供了模型和代碼的同步功能，從而保證了兩者的一致性。

2.1 EMF簡(jiǎn)介

EMF的全稱是Eclipse Modeling Framew ork，從其名稱可以看出，EM F是一個(gè)基于Eclipse的建?？蚣?。

Eclipse是一個(gè)高度開放的開發(fā)平臺(tái)，模塊化的設(shè)計(jì)理念具備極強(qiáng)的集成能力，用戶可以將自己開發(fā)的插件集成到Ec lip se平臺(tái)中，從而得到自己的“Eclipse平臺(tái)”，在本文中這個(gè)定制完成的“Eclipse平臺(tái)”就是“SDP平臺(tái)”。

EM F就是在Eclipse平臺(tái)的基礎(chǔ)上通過快速構(gòu)建模型的方式為軟件設(shè)計(jì)師開發(fā)穩(wěn)定的應(yīng)用程序提供了強(qiáng)大的支撐，大大加快了開發(fā)進(jìn)程，同時(shí)提升了軟件的質(zhì)量。

又是一年年底，2018年12月26日，濟(jì)青高鐵通車，同時(shí)濟(jì)南新東站正式啟用。2019年1月1日，濟(jì)南軌道交通1號(hào)線開通。山東的交通網(wǎng)絡(luò)再次邁上新臺(tái)階。

2.2 平臺(tái)架構(gòu)建模設(shè)計(jì)

通過前面的介紹了解到，SDP平臺(tái)能夠完全的表示一個(gè)軟件系統(tǒng)，并且支撐開發(fā)軟件系統(tǒng)全生命周期的活動(dòng)，所以SDP平臺(tái)的基礎(chǔ)架構(gòu)模型需要從業(yè)務(wù)相關(guān)性劃分為兩大類：一類為通用資源類ISDPResou rce，例如應(yīng)用SDP平臺(tái)開發(fā)的信號(hào)系統(tǒng)軟件工程下普通的文件或文件夾；另一類為業(yè)務(wù)相關(guān)元素類ISDPElement，例如SDP平臺(tái)開發(fā)的某個(gè)安全相關(guān)的軟件工程下的項(xiàng)目策劃文件等，從實(shí)際需求來看，也要求SDP平臺(tái)能夠識(shí)別這些特殊類型的文件；最后，考慮到SDP組件模型升級(jí)的必然性，所以在最初的設(shè)計(jì)上要滿足升級(jí)要求。

2.2.1 SDP通用組件資源

SDP通用資源的接口邏輯關(guān)系如圖2所示。

每個(gè)接口的含義如表1所示。

表1 SDP通用資源接口列表

2.2.2 SDP通用組件元素

SDP通用元素的接口邏輯關(guān)系如圖3所示。

由圖3可知，所有的業(yè)務(wù)接口均繼承于ISDPParentElem ent這一接口，并間接繼承于ISDPElem ent抽象接口，典型接口如表2所示。

表2 SDP業(yè)務(wù)元素典型接口列表

2.2.3 SDP組件模型設(shè)計(jì)機(jī)制

SDP組件升級(jí)機(jī)制的設(shè)計(jì)目的是實(shí)現(xiàn)SDP組件模型的向前兼容，即新的SDP平臺(tái)可以兼容打開和編輯舊的SDP組件工程。

2.3 平臺(tái)架構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)

2.3.1 EMF代碼輔助生成實(shí)現(xiàn)流程

EM F平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工作是構(gòu)建平臺(tái)的數(shù)據(jù)模型，模型可以通過UM L類圖、Jav a接口、XM L Schem a等多種方式定義。本文采用的是java接口的定義方式，該方式的突出特點(diǎn)是快速靈活，修改起來也非常方便。

EM F通過Java接口標(biāo)注的方式輔助生成常用代碼的步驟非常清晰，如圖4所示。

開發(fā)者首先對(duì)抽象數(shù)據(jù)模型進(jìn)行接口設(shè)計(jì)，并根據(jù)不同的用途對(duì)接口及內(nèi)部方法加以不同的標(biāo)注，均以@m odel開頭，EM F為接口中所有類型的成員均預(yù)定義了特定標(biāo)簽，例如“A ttr ib u te”對(duì)象、“Referen ce”對(duì)象、“Opera tion”對(duì)象、“Param eter”對(duì)象等，開發(fā)者只需要對(duì)照指導(dǎo)手冊(cè)即可快速填寫。表3就是EM F為接口中的“Op era tion”對(duì)象預(yù)定義的部分標(biāo)簽及可選的對(duì)應(yīng)值。

2.3.2 SDP資源及業(yè)務(wù)元素的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)

在上一節(jié)中定義的各個(gè)接口，每個(gè)接口中均包含各自的接口函數(shù)和變量，這些函數(shù)和變量大部分是作為接口的屬性。如果按照普通的實(shí)現(xiàn)方式，用戶需要挨個(gè)實(shí)現(xiàn)這些函數(shù)和變量，而在EM F的幫助下，用戶只需要添加一個(gè)get函數(shù)，并在這個(gè)函數(shù)前面添加“@model containm en t="true"”，EMF后臺(tái)會(huì)為該函數(shù)自動(dòng)生成變量和set函數(shù)及函數(shù)體。

表3 標(biāo)簽列表

2.3.3 SDP資源及業(yè)務(wù)元素的IO實(shí)現(xiàn)

在完成SDP資源及業(yè)務(wù)元素的基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)后，接下來要考慮的就是加載和保存工作。例如，在SDP平臺(tái)環(huán)境下創(chuàng)建的SDP工程如何保存到本地文件系統(tǒng)中，或者如何將文件系統(tǒng)中已有的SDP工程導(dǎo)入到SDP平臺(tái)環(huán)境中，以便繼續(xù)實(shí)際開發(fā)工作。這些通用的功能在常用軟件開發(fā)中都會(huì)遇到，所以EM F為開發(fā)者提供了輔助工具，本文給出的實(shí)現(xiàn)代碼大部分就是基于EM F機(jī)制自動(dòng)生成的，提供了封裝的load和save函數(shù)，其中l(wèi)oad方法代碼如下。

實(shí)際應(yīng)用中設(shè)計(jì)開發(fā)人員直接調(diào)用該函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)組件模型的加載工作。

2.3.4 SDP組件模型升級(jí)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)

為了滿足升級(jí)后的平臺(tái)對(duì)已有舊版本SDP工程的兼容性，需要在創(chuàng)建SDP工程時(shí)自動(dòng)記錄該工程對(duì)應(yīng)的平臺(tái)版本，經(jīng)過論證發(fā)現(xiàn)將SDP工程的版本信息（如cn.com.crscd.sdp.com ponen t.v1）記錄在根目錄下的.p roject文件中的comm en t標(biāo)簽下是非常合理的，且讀取十分方便。如下所示為按此方法創(chuàng)建的標(biāo)準(zhǔn)SDP工程的.project文件格式。

根據(jù)上述思路創(chuàng)建的SDP工程被再次導(dǎo)入到SDP平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)首先解析.p ro ject文件從而讀取到該工程的版本信息，讀取的主體一個(gè)是SDP客戶端，一個(gè)是組件庫(kù)服務(wù)器，SDP客戶端是基于eclipse框架的，可以直接解析.p roject文件，開發(fā)人員只需調(diào)用相應(yīng)的接口函數(shù)即可獲取comm en t標(biāo)簽下的具體版本信息；SDP組件庫(kù)服務(wù)器端讀取.p ro ject文件則是專門開發(fā)了一個(gè).p ro ject解析類，負(fù)責(zé)讀取這個(gè)特殊的xm l文件。

3 結(jié)論

基于EM F的信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)大大減輕了開發(fā)者的重復(fù)勞動(dòng)，同時(shí)避免了人為失誤，可謂是一舉多得。這也是IBM等大多數(shù)相關(guān)企業(yè)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)師強(qiáng)烈推薦并積極應(yīng)用EM F進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的根本原因。特別是對(duì)于注重安全性的信號(hào)系統(tǒng)平臺(tái)顯得尤為必要。

[1] Dave Steinberg, Frank Buclinsky, Marcelo Paternostro, Ed. Merks. EMF Eclipse Modeling Framework[M] .2th ed.. America:Addsion-Wesley Professional, 2008.

[2] Eric Clayberg, Dan Rubel. Eclipse plug-ins[M].3th ed.. America : Addsion-Wesley Professional, 2008.